低溫弱光對(duì)設(shè)施番茄苗期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和干物質(zhì)分配的影響

　　摘要

　　本試驗(yàn)以PAR(光合有效輻射) 800 μmol·m-2·s-1，溫度25 ℃為對(duì)照(CK)，設(shè)置6個(gè)處理[L1T1(PAR 200 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L1T2(PAR 200 μmol·m-2·s-1，6 ℃)、L1T3(PAR 200 μmol·m-2·s-1，8 ℃)、L2T1(PAR 400 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L2T2(PAR 400 μmol·m-2·s-1，6 ℃) 和L2T3(PAR 400 μmol·m-2·s-1，8 ℃)]，分別處理6、12、24、48和72 h，以研究低溫弱光雙重脅迫對(duì)番茄苗期干物質(zhì)分配以及不同器官的可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響.結(jié)果表明：低溫弱光雙重脅迫使地下部分干物質(zhì)分配比例減小，而對(duì)地上部分干物質(zhì)分配比例無(wú)顯著影響，地下部分的干物質(zhì)分配比例隨時(shí)間的變化與地上部分相反;低溫弱光脅迫顯著降低了番茄莖和葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸的含量;根的可溶性糖含量隨脅迫時(shí)間的變化趨勢(shì)與地上部分不一致，但根、莖、葉片的可溶性糖含量均以L2T3處理72 h含量最高，分別為94.88、77.09和41.62 mg·g-1;根的可溶性蛋白含量隨脅迫時(shí)間的變化趨勢(shì)與地上部分不一致，莖和葉片的可溶性蛋白含量均以L2T3處理12 h最高，以L1T1處理72 h 最低;不同器官的游離氨基酸含量隨脅迫時(shí)間的變化趨勢(shì)與可溶性蛋白相反;弱光對(duì)番茄干物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的影響小于低溫.研究證實(shí)苗期番茄在低溫弱光脅迫前期，干物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)先向地上部分分配，脅迫24 h后則更多地向根系積累.

　　關(guān)鍵詞

　　低溫弱光;干物質(zhì);可溶性糖;蛋白質(zhì);氨基酸

　　0 引言

　　番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)是重要的設(shè)施作物[1].如何優(yōu)化調(diào)控設(shè)施小氣候以改善中國(guó)設(shè)施番茄生產(chǎn)產(chǎn)量低、品質(zhì)差的現(xiàn)狀是生產(chǎn)部門(mén)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題.溫度和光照強(qiáng)度顯著影響設(shè)施番茄的生長(zhǎng)發(fā)育狀況[2-4].近年來(lái)低溫霧霾天氣顯著增加，設(shè)施內(nèi)低溫弱光災(zāi)害為設(shè)施番茄的生產(chǎn)帶來(lái)極大的安全隱患.植物在低溫或弱光脅迫下會(huì)出現(xiàn)光合速率降低、氣孔關(guān)閉[5]、抗氧化酶活性改變[6]、水分利用效率提高[7]等一系列變化.

　　溫度和光照是影響作物干物質(zhì)分配的重要因素.溫度直接改變作物的庫(kù)強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)植物體干物質(zhì)的產(chǎn)量和分配產(chǎn)生重要影響[8].

　　Walker等[9]的研究證實(shí)，低溫2 ℃處理3 d，番茄的干物質(zhì)積累量顯著降低.Kawasaki等[10]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，根區(qū)溫度16.6 ℃保持7 d，番茄根系的干物質(zhì)量顯著高于5.8 ℃處理.光作為重要的環(huán)境因子，對(duì)植物生長(zhǎng)及其干物質(zhì)分配具有極其重要的作用.El-Gizawy等[11]研究表明，番茄植株的株高、葉面積以及干物質(zhì)含量在弱光脅迫下均有不同程度的降低，說(shuō)明弱光抑制作物生長(zhǎng).但也有學(xué)者認(rèn)為弱光條件下植物葉面積增加，株高伸長(zhǎng)，而總生物量分配變化并不顯著[12-14].

　　糖、氨基酸、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是影響作物發(fā)育進(jìn)程和果實(shí)品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ).Yu等[15]研究發(fā)現(xiàn)，桃樹(shù)木質(zhì)部中的可溶性糖含量隨著低溫量的累積而增加，這與對(duì)番茄的研究是一致的[16].Ou等[17]進(jìn)一步研究證實(shí)，在弱光條件下，隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒的葉綠素含量下降，根系活力降低，可溶性糖和脯氨酸含量則呈先升高后降低的趨勢(shì).植物體內(nèi)總代謝水平的高低與蛋白質(zhì)關(guān)系密切，而蛋白質(zhì)含量的多少又直接或間接地受到溫度和光照等環(huán)境因子的影響.Yan等[18]認(rèn)為水稻幼苗在6 ℃低溫處理下相對(duì)電解質(zhì)滲漏增強(qiáng)，蛋白質(zhì)降解增加.也有學(xué)者認(rèn)為，溫度的變化會(huì)引起植物體內(nèi)蛋白質(zhì)組分的改變[19]，如Lee 等[20]發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)水稻產(chǎn)生了新的冷應(yīng)激蛋白(cold-stress-responsive proteins).對(duì)于蛋白質(zhì)含量對(duì)光照的響應(yīng)方面，有研究指出遮光降低了水稻籽粒的蛋白含量[21]，而頡建明等[22]則發(fā)現(xiàn)，在15 ℃/5 ℃(晝/夜)、100 μmol·m-2·s-1處理5 d時(shí)，海豐7號(hào)辣椒的可溶性蛋白含量比處理前增加了107.20%，但隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性蛋白含量反而下降.游離氨基酸是細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì).植物在感測(cè)低溫后，一方面質(zhì)膜組成等會(huì)發(fā)生改變，另一方面游離氨基酸和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量也有所增加[17，23-24].也有研究顯示，弱光同樣會(huì)引起蘇氨酸等大多數(shù)氨基酸含量的增加[25].

　　迄今為止，低溫和弱光雙重脅迫對(duì)設(shè)施番茄器官營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及干物質(zhì)分配的影響仍不清楚.本項(xiàng)目擬通過(guò)人工環(huán)境控制試驗(yàn)，研究設(shè)施番茄各器官營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括器官可溶性糖和蔗糖、游離氨基酸和可溶性蛋白含量、干物質(zhì)在各器官的分配比例對(duì)低溫弱光的響應(yīng)規(guī)律，試圖揭示低溫弱光雙重脅迫對(duì)番茄植株生理的影響機(jī)理.研究結(jié)果可為設(shè)施番茄生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控決策提供理論依據(jù).

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)于2017年4—5月在南京信息工程大學(xué)Venlo試驗(yàn)溫室(TPG-2009 Australian)內(nèi)進(jìn)行(118°43′E，30°12′N).供試番茄品種為“齊達(dá)利”(Lycopersicon esculentum Mill.，cv.‘Zadari’)，前期育苗在玻璃溫室中進(jìn)行，待番茄苗高5 cm時(shí)，選取生長(zhǎng)健壯的幼苗定植于塑料花盆中，每盆2株.花盆直徑25.4 cm，深19.0 cm，每盆裝土約5 kg，并施0.78 g 尿素、 0.64 g Ca(H2PO4)2·H2O 和 1.11 g KCl.供試土壤含有機(jī)質(zhì)1.45%、全氮0.12%、全磷0.10%、有效氮80.5 μg·g-1、有效磷27.6 μg·g-1、有效鉀125.2 μg·g-1，pH值 6.75.緩苗3 d后，將花盆移入人工氣候箱中進(jìn)行處理.試驗(yàn)設(shè)置低溫弱光雙因素處理，溫度分別設(shè)置為4、6和8 ℃ 3個(gè)水平，光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation，PAR)設(shè)置為200和400 μmol·m-2·s-1 2個(gè)水平，共6個(gè)處理，即L1T1(PAR 200 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L1T2(PAR 200 μmol·m-2·s-1，6 ℃)、L1T3(PAR 200 μmol·m-2·s-1，8 ℃)、L2T1(PAR 400 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L2T2(PAR 400 μmol·m-2·s-1，6 ℃) 和L2T3(PAR 400 μmol·m-2·s-1，8 ℃)，并以PAR 800 μmol·m-2·s-1、溫度25 ℃為對(duì)照(CK).每個(gè)處理重復(fù)3次.分別在處理6、12、24、48和72 h 后取樣測(cè)定.人工氣候箱中，每天的光合有效輻射時(shí)間為12 h，濕度為75%，溫度誤差為±0.5 ℃.

　　1.2 干物質(zhì)分配比例的測(cè)定

　　將各處理番茄植株的不同器官(根、莖、葉)洗凈分別放置，105 ℃殺青5 min后置于85 ℃烘箱中烘干至恒重，用精度為0.01 g的電子天平測(cè)定各器官干質(zhì)量.地上和地下部分干物質(zhì)分配比例的計(jì)算公式為

　　Pir=Wr/Wt，(1)

　　Pisa=(Wst+Wi)/Wt，(2)

　　式中：Pir、Pisa分別為地下和地上的干物質(zhì)分配比例;Wr、Wst、Wi分別為單株根、莖、葉的干質(zhì)量，單位為g/株;Wt為單株總干物質(zhì)質(zhì)量，單位為g/株.

　　1.3 器官可溶性糖含量的測(cè)定

　　可溶性糖的測(cè)定方法采用硫酸-蒽酮比色法[26].取0.05 g磨碎的組織干樣于離心管中加5～6 mL水，沸水浴30 min，然后離心10 min(4 000轉(zhuǎn)/min)，去上清液倒入25 mL容量瓶中，重復(fù)3次，定容至25 mL，制得提取液.吸取提取液 0.1 mL，加 3.0 mL蒽酮試劑，90 ℃水浴30 min，620 nm波長(zhǎng)下比色.

　　1.4 器官游離氨基酸含量的測(cè)定

　　游離氨基酸的測(cè)定方法采用茚三酮顯色法[26].將0.05 g組織樣品經(jīng)5 mL 10%乙酸研磨提取，定容至100 mL并過(guò)濾.取濾液1 mL，加入蒸餾水1 mL、水合茚三酮3 mL、抗壞血酸0.1 mL，混勻后置于沸水浴15 min，搖動(dòng)冷卻至溶液呈藍(lán)紫色，用60%乙醇定容至20 mL，于570 nm下比色.

　　1.5 器官可溶性蛋白含量的測(cè)定

　　可溶性蛋白的測(cè)定方法采用考馬斯亮藍(lán)比色法測(cè)定[26].取0.5 g組織樣品加5 mL pH值7.8的磷酸緩沖液，冰浴研磨后冷凍離心20 min制得酶液.取20 μL酶液加入3 mL考馬斯亮蘭G-250反應(yīng)液放置 2 min 后在595 nm 下比色.

　　1.6 數(shù)據(jù)分析

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel 2010繪圖，SPSS16.0進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，Duncan檢驗(yàn)(α=0.05)進(jìn)行多重比較.

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 低溫弱光對(duì)番茄干物質(zhì)分配比例的影響

　　圖1a為不同處理下的番茄地下部分干物質(zhì)分配比例，可以看出，番茄地下部分干物質(zhì)分配比例經(jīng)不同低溫弱光處理后，均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先減小后增加的趨勢(shì).除L2T3處理外，其他處理的地下部分干物質(zhì)分配比例均在低溫弱光處理24 h降到最低，而L2T3處理的地下干物質(zhì)分配比例在處理6 h即降到最低值，只有CK的87.47%.所有處理中，以L1T1處理24 h的地下部分干物質(zhì)分配比例最小，只有CK的67.25%;其次是L2T1處理24 h，為CK的67.08%;以L2T3處理72 h的地下部分干物質(zhì)分配比例最高，為0.18，且顯著高于CK.在相同溫度處理下，L1(PAR為200 μmol·m-2·s-1)光照處理地下部分干物質(zhì)分配比例總體小于L2(PAR為400 μmol·m-2·s-1)光照處理.相同光照條件下地下部分干物質(zhì)分配比例總體隨溫度升高而增加.

　　圖1b為不同處理下的番茄地上部分干物質(zhì)分配比例，可以看出，與地下部分干物質(zhì)分配比例相反，經(jīng)不同低溫弱光處理后的番茄地上部分干物質(zhì)分配比例，均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì).不同低溫弱光處理的地上部分干物質(zhì)分配比例均在處理后24 h達(dá)到最大.但在試驗(yàn)脅迫時(shí)間內(nèi)，各處理的地上部分干物質(zhì)比例與CK均無(wú)顯著差異.與地下部分干物質(zhì)分配比例相似，在相同溫度處理下，L2光照處理地上部分干物質(zhì)分配比例總體大于L1光照處理.相同光照條件下地上部分干物質(zhì)分配比例總體隨溫度升高而增加.

　　2.2 低溫弱光對(duì)番茄器官可溶性糖含量的影響

　　表1為各處理對(duì)番茄不同器官可溶性糖含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的影響，可以看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不同低溫弱光處理下番茄根的可溶性糖含量均不斷增加.在處理的6～24 h，不同低溫弱光處理的根可溶性糖含量均顯著低于CK.處理持續(xù)72 h，L1T3、L2T1、L2T2和L2T3處理的根可溶性糖含量顯著高于CK，而L1T1和L1T2處理的根可溶性糖含量仍顯著低于CK，分別只有CK的53.49%和98.90%.所有處理中，以L2T3處理72 h的根可溶性糖含量最高，為94.88 mg·g-1，以L1T1處理6 h的根可溶性糖含量最低，較CK顯著低85.55%(表1).

　　處理6～72 h，不同低溫弱光處理均顯著降低了番茄莖的可溶性糖含量(表1).與根的可溶性糖含量變化不同，經(jīng)過(guò)低溫弱光處理后，L1T1、L1T2、L2T1和L2T2處理的莖可溶性糖含量則隨脅迫時(shí)間的持續(xù)呈先增加后降低的趨勢(shì)(表1)，且均在處理持續(xù)24 h達(dá)到最大值，但較CK顯著低31.06%～77.45%.L1T3和L2T3處理的莖可溶性糖含量隨脅迫時(shí)間的持續(xù)不斷增加.所有處理中，以L2T3處理72 h的莖可溶性糖含量最高，為77.09 mg·g-1，以L1T1處理48 h的莖可溶性糖含量最低，只有CK的7.50%(表1).

　　葉片可溶性糖含量在不同低溫弱光處理下的變化較為復(fù)雜，由表1 可以看出，L1T1、L1T2、L2T1和L2T2處理的葉片可溶性糖含量隨著脅迫時(shí)間的持續(xù)呈先增加后降低的趨勢(shì)，且均在處理的12 h達(dá)到最大值.處理持續(xù)72 h，L1T1、L1T2、L2T1和L2T2處理的葉片可溶性糖含量達(dá)到最小值，分別較CK低77.43%、72.09%、41.38%和15.72%.L1T3和L2T3處理的葉片可溶性糖含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增加，其中L2T3處理的葉片可溶性糖含量在處理6～12 h后與CK無(wú)顯著差異，而在處理24～72 h后顯著低于CK.所有處理中，以L2T3處理72 h的葉片可溶性糖含量最高，為41.62 mg·g-1，以L1T1處理72 h的葉片可溶性糖含量最低，只有9.55 mg·g-1(表1).

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